应用协同学宏观方法对大进化型式及其分子机制的探讨

摘要

基因组测序计划给我们提供了前所未有的海量序列数据。这为从分子水平研究后生动物的早期进化(从多细胞化到三胚层动物的大规模适应辐射)提供了很有利的条件。为了尽可能地从序列数据中挖掘信息，需要尝试包括经典的序列联配的多种统计学方法。我们首先对泛真核生物基因序列进行跨物种比对，在此基础上，我们引入最大信息原理进行序列分析，并对间断平衡假说和大进化与小进化等问题进行了讨论。我们得到了如下结论： 1．通过对六种多细胞模式生物和七种单细胞模式生物的全基因组(或转录组)比对，得到了在多细胞动物中普遍存在而在单细胞动物中广泛缺失的同源基因。这些基因很可能与后生动物的多细胞化和早期进化有密切关系。我们从中选出了一些高度保守的基因，希望通过对这些基因的个例分析(Caseanalysis)，发现某些后生动物早期进化时分子水平的重要变化。我们发现与神经递质灭活相关的基因在后生动物中具有强而稳定的保守性而在单细胞生物中几乎完全缺失。这说明神经递质灭活系统的建立很可能是随着这类动物的起源而一起发展起来的。已有的一些关于后生动物祖先的推测认为，拥有一个简单的神经细胞／受体系统是后生动物祖先的一个重要特征。虽然目前尚未从后生动物根部的生物中克隆到神经递质转运蛋白基因，我们推测，一个这样的神经细胞／受体系统应该包括神经递质的灭活机制。依据“个体发育重演系统发育”的规律我们推测，在个体发育过程的神经系统发育期间，神经递质灭活很可能与活性依赖的突触发生有密切关系。 2．利用上面的泛真核生物基因组数据，我们引用进行最大信息原理分析CDS序列以验证DNA序列的构建是否遵循近中性理论。通过建立数学模型我们将DNA序列的进化描述为自然选择约束下随机突变的最大化的过程，并由此预测了一条CDS中四种核苷酸的统计分布。通过计算值与实际值的平均相对偏差(ARD)可以估计我们建立的模型的可靠性。先后进行过的两次计算都覆盖了真核生物域的主要分支线系。在第二次计算中，不同的情况下，有82％到99％的序列的误差在ARD

目录

前言

第一节多细胞动物的同源保守基因的获取及分析

第二节应用协同学宏观方法定量分析自然选择和中性突变的相互作用

第三节后生动物树根部若干物种的最大信息原理分析

第四节动物、植物、真菌的多细胞化的最大信息原理分析

第五节拉格朗日乘子与间断平衡原理

第六节单一物种基因组中基因的拉格朗日乘子与选择压力的关系

第七节小结

参考文献

文献综述

读博期间曾参与的其他研究工作及读博期间发表或准备发表的论文和参与的编著

附录论文中用到的软件及程序

致谢